光电子技术-第6章-显示技术

1、1,阴极射线管(CRT) 发光二极管显示(LED) 液晶显示(LCD) 等离子体显示(PDP) 电致发光显示(ELD) 激光显示(LD),显示技术,2,显示技术的主要性能指标,亮度 对比度和灰度 分辨率 发光颜色 余晖时间 响应时间 观察视角 色域与色域覆盖率 其他：显示面积、存储时间、稳定性、可靠性、驱动电路、寿命、功耗、体积、重量、性价比等等,3,显示技术的主要性能指标,亮度 对比度和灰度 分辨率 发光颜色 余晖时间 响应时间 观察视角 色域与色域覆盖率 其他：显示面积、存储时间、稳定性、可靠性、驱动电路、寿命、功耗、体积、重量、性价比等等,7.1 阴极射线管(CRT),5,阴极射线管（Cathode Ray Tube, CRT）的发展可追溯到1897年布朗的示波管 1938年德国人W. Fleching提出彩色显像管专利 1950年美国的RCA公司研制出三枪三束荫罩式彩色显像管，1953年实用化。 20世纪60年代，玻壳由圆形发展为角矩形管，尺寸由21英寸发展到25英寸,偏转角由70增大到90，荧光粉由发光效率较低的磷酸盐型发展为硫化物蓝绿荧光粉和稀土类红色荧光粉。 70年代后，

2、彩色显示管进行了一系列的改进，荧光屏由平面直角发展到超平、纯平，尺寸发展到主流29英寸以上，偏转角由90增大到110，横纵比不断增大，采用自会聚管以提高显示分辨率。,阴极射线管的发展,黑白显像管,结构：电子枪、偏转系统、荧光屏、玻璃外壳,黑白显像管,电子枪： 实现电子束的发射、控制和聚焦,Hf灯丝 K阴极 G1第一控制栅极(调制极) G2加速极(屏蔽极、第一阳极A1) G3聚焦极(第二阳极A2) G4高压阳极(第三阳极A3),黑白显像管,电子枪的基本要求,束宽大小符合扫描线宽的要求； 束流足够强； 调制特性陡,黑白显像管,偏转系统,PAL制式特征： 每帧625行； 每秒25帧； 隔行扫描，每秒50场； 每行水平扫描正程52s，逆程12s；场正程时间18.4ms；场逆程时间1.6ms； 垂直方向实际显示575行，行频为15525Hz，场频为50Hz。 偏转角、功率、管长的关系,黑白显像管,荧光屏：玻璃基板、荧光粉层、铝层,荧光粉光谱特性 余辉时间,彩色显像管,三枪三束彩色显像管,彩色合成原理,三基色的确定 相加混色原理 减色混色法 色度坐标系,三基色的确定,三基色基本特征：独立性；其他色

3、彩可以按一定比例混合出来 三基色种类： 红、绿、蓝； 黄、青、品红 生理学原理：三种感色细胞,(2)相加混色原理,色光加色法 三基色合成白光时亮度比例,(3)减色混色法,减色混色法原理 三基色合成白光时亮度比例,(4)色度坐标体系,1） CIE-RGB计色系统,等量的R、G、B能配出等能白光,任一彩色光F总可以通过下列配色公式配出,三色系数,色度坐标,色模,CIE-RGB计色系统,只用3个色坐标中的两个就可以明确表示RGB色度图,彩色三角形,中心点E,缺陷,CIE-XYZ计色系统,xyz-假想红绿蓝三基色,XYZ色域图,等色调波长线与等饱和度线,等色差域图,7.2 半导体发光显示器件(LED),7.2.1 PN结发光原理,7.2.2 LED的伏安特性,m值 开启电压,7.2.3 亮度与电流的关系,不考虑非辐射复合及隧道电流,考虑非辐射复合及隧道电流,7.2.4 LED的驱动,基本直流电路,7.2.5 LED光源的特点,电压 效能 适用性 稳定性 响应时间 对环境污染 颜色 价格,7.2.6 LED的发展历史,60年代：LED问世。红光，0.1lm/W 70年代：绿光、黄光，1lm/W

4、80年代：红色达10lm/W 90年代：各色LED光效大幅提高 00年代：效能进一步提高白光LED投入生产,7.2.7 LED的应用,仪器仪表信号指示灯 交通信号灯 汽车信号灯 照明 LED显示屏,7.3 液晶显示LCD,液晶显示,液晶显示器件：LCD 优点： 尺寸 驱动电压 功耗 色彩 显示质量 缺点： 成本 视角 环境影响,什么是液晶,液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态。一般的液体内部分子排列是无序的，而液晶既具有液体的流动性，其分子又按一定规律有序排列，使它呈现晶体的各向异性。 液晶分子是含有极性基团的极性分子，在电场作用下，偶极子会按电场方向取向，导致分子原有的排列方式发生变化，从而液晶的光学性质也随之发生改变，这种因外电场引起的液晶光学性质的改变称为液晶的电光效应。 大多数液晶材料都是由有机化合物构成的。这些有机化合物分子多为细长的棒状结构，长度为数nm，粗细约为0.1nm量级，并按一定规律排列。 当光通过液晶时，会产生偏振面旋转、双折射等效应。,液晶的发现可追溯到19世纪末，1888年奥地利的植物学家FReinitzer在作加热胆甾醇的苯甲酸脂实验时发现，当加热使温度升

5、高到一定程度后，结晶的固体开始深解。但溶化后不是透明的液体，而是一种呈混浊态的粘稠液体，并发出多彩而美丽的珍珠光泽。当再进一步升温后，才变成透明的液体。这种混浊态粘稠的液体是什么呢？ 他把这种粘稠而混浊的液体放到偏光显微镜下观察，发现这种液体具有双折射性。,液晶的分类,根据排列的方式不同，液晶一般被分为三大类：,图1 近晶相液晶 图2 向列相液晶 图3 胆甾相液晶,1、近晶相液晶(如图1）：分子分层排列，每一层内的分子长轴相互平行且垂直或倾斜于层面。,35,近晶相液晶（Smectic）又称层状液晶,隧道显微镜下的近晶相层状液晶,液晶的分类,根据排列的方式不同，液晶一般被分为三大类：,图1 近晶相液晶 图2 向列相液晶 图3 胆甾相液晶,2、向列相液晶(如图2）：分子的位置比较杂乱，不再分层排列，但各分子的长轴方向仍大致相同,光学性质上有点像单轴晶体。,37,向列相液晶（Nematic）又称丝状液晶,向列液晶在偏光显微镜下的图,液晶的分类,根据排列的方式不同，液晶一般被分为三大类：,图1 近晶相液晶 图2 向列相液晶 图3 胆甾相液晶,3、胆甾相液晶(如图3）：分子也是分层排列，每一层内

6、的分子长轴方向基本相同并平行于分层面,但相邻的两个层中分子长轴的方向逐渐转过一个角度,总体来看分子长轴方向呈现一种螺旋结构。,液晶的光电特性,1. 电场中液晶分子的取向,指向矢量,介电各向异性,P型液晶 N型液晶,液晶的光电特性,2. 线偏振光在向列液晶中的传播,P型液晶的折射率分布,线偏振光在向列液晶中的传播,合成光场矢量方程：,=0 或 /2 时出射光的传播特性,=/4 时出射光的传播特性,液晶的光电特性,3. 线偏振光在扭曲向列液晶中的传播,入射偏振光的偏振方向与上表面分子取向垂直时的传播特点,扭曲向列液晶的旋光特性,扭曲向列型液晶显示(TN-LCD),液晶盒包含：玻璃基板、彩色滤光片、偏振片、取向膜、印制电路板等,将液晶材料夹在两个玻璃基片之间，并对四周进行密封（如上图）。将基片的内表面进行适当的处理，步骤是：1、涂覆取向膜，在基片表面形成一种膜。2、摩擦取向，用棉花或绒布按一个方向摩擦取向膜。3、涂覆接触剂。经过这三个步骤后，就可以控制紧靠玻璃基片的液晶分子，使其平行于基片并按摩擦方向排列。如果我们使上下两个基片的取向成一定角度，则两个基片间的液晶分子就会形成扭曲向列液晶盒。

7、,扭曲向列型液晶显示(TN-LCD),1. 工作原理,常白型和常黑型,正显示和负显示,扭曲向列型液晶显示(TN-LCD),2. TN-LCD的电光特性,阈值电压 饱和电压,陡度,陡度、多路驱动能力、灰度性能的关系,LCD的对比度 视角与对比度 对比度反转,扭曲向列型液晶显示(TN-LCD),3. TN-LCD的时间特性,LCD的驱动电压,延迟时间、上升时间、下降时间,影响时间特性的因素,扭曲向列型液晶显示(TN-LCD),4. TN-LCD的驱动,电极：段型电极；固定图形电极；矩阵型电极,LCD驱动的特点：,必须采用交流驱动，并减小交流驱动波形不对称产生的直流成分； 驱动频率低于数千赫兹时，LCD的透光率只与驱动电压有效值有关； 驱动时LCD像素是一个无极性的容性负载；,扭曲向列型液晶显示(TN-LCD),4. TN-LCD的驱动,静态驱动,LCD驱动的类型,矩阵寻址法驱动液晶,优点：对比度高,缺点：驱动元件多,优点：可实现大容量显示,缺点：交叉效应,7.4 等离子体显示,简 介,等离子体显示板（PDP）：利用气体放电来发光的平板显示器件。,特点： 1、自发光显示，有较好的发光效率和亮

8、度； 2、适于大屏幕、高分辨率显示； 3、显示单元具有很强的非线性（开关特性） 4、存储特性； 5、气体放电可向电极四周扩散； 6、有合适的阻抗特性； 7、响应快； 8、刚性结构。,气体放电基本知识,AB段：非自持放电 线性饱和,气体放电基本知识,BC段：非自持暗放电区/汤生放电,气体放电基本知识,CD段：自持暗放电 C点击穿电压,气体放电基本知识,DE段：过渡区/欠辉区,气体放电基本知识,EF段：正常辉光放电区 出现明暗相间的辉光,气体放电基本知识,FG段：异常辉光放电区,气体放电基本知识,GH段：过渡段,气体放电基本知识,弧光放电区,气体放电基本知识,PDP一般选择工作在EG区间 DC-PDP依靠串联薄膜电阻限制电流 AC-PDP依靠单元电极上涂覆的介质层限制电流,单色等离子体显示,1、基本结构,单色等离子体显示,1、基本结构,单色等离子体显示,1、基本结构,单色等离子体显示,2、工作原理,维持电压Vs点亮电压Vf写入电压Vwr,书写脉冲 放电发光，壁电荷积累，电压降低 停止放电发光，壁电压保留 加反向维持电压，放电发光 重复，直到加擦除脉冲,单色等离子体显示,3、AC-PDP的驱动,总体结构 亮度控制,64,作业 1、画出电子枪的结构并说明个部分的特点和作用。 2、色度图上如何反应三基色所占的比例？请解释色调、饱和度、亮度等概念。 3、画出常白型LCD的电光特性曲线，说明陡度、多路驱动能力、灰度性能的关系。 4、画出AC-PDP单色等离子体显示器的单元结构和驱动脉冲图，说明其工作原理。,

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